DE102019220187A1 - Fuel injector for an internal combustion engine, as well as internal combustion engine with fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen in einem eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektors (10) in den Brennraum ragenden, in einer Längsrichtung (L) langgestreckten Düsenkörper (12), der einen mit Kraftstoff versorgbaren Innenraum (14), eine Wandung (16), und wenigstens ein die Wandung (16) durchsetzendes und an einer Außenoberfläche (22) des Düsenkörpers (12) mündendes Spritzloch (20) aufweist, wobei im Innenraum (14) lageveränderbar ein Ventilelement (18) zum Steuern einer Kraftstoffdurchströmung des Spritzloches (20) angeordnet ist, wobei das Spritzloch (20) in einem Übergangsabschnitt (12-2) des Düsenkörpers (12) angeordnet ist, der sich in Längsrichtung (L) betrachtet zwischen einem zylindrischen Schaftabschnitt (12-1) des Düsenkörpers (12) und einer Düsenkuppe (12-3) des Düsenkörpers (12) erstreckt. Um auch über längere Betriebszeiten der Brennkraftmaschine möglichst konstante Eigenschaften der einzelnen Einspritzvorgänge zu gewährleisten, ist gemäß der Erfindung die Außenoberfläche (22) des Düsenkörpers (12) mit einer bezüglich des Spritzloches (20) zum Schaftabschnitt (12-1) hin versetzt angeordneten Abtropfkante (40) versehen.The invention relates to a fuel injector (10) for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, having a nozzle body (12) extending in a longitudinal direction (L) and extending into the combustion chamber when the fuel injector (10) is installed The inner space (14) that can be supplied has a wall (16) and at least one spray hole (20) which penetrates the wall (16) and opens onto an outer surface (22) of the nozzle body (12), wherein a valve element (14) can be changed in position in the inner space (14). 18) is arranged for controlling a fuel flow through the spray hole (20), the spray hole (20) being arranged in a transition section (12-2) of the nozzle body (12) which, viewed in the longitudinal direction (L), extends between a cylindrical shaft section (12 -1) of the nozzle body (12) and a nozzle tip (12-3) of the nozzle body (12). In order to ensure that the properties of the individual injection processes are as constant as possible even over longer operating times of the internal combustion engine, according to the invention the outer surface (22) of the nozzle body (12) is provided with a drip edge (12) offset with respect to the injection hole (20) towards the shaft section (12-1). 40) provided.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine mit einem derartigen Kraftstoffinjektor ausgestattete Brennkraftmaschine.The present invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, according to the preamble of
Kraftstoffinjektoren mit einem in einem eingebauten Zustand des Kraftstoffinjektors nach unten in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ragenden, in einer Längsrichtung langgestreckten Düsenkörper sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungen bekannt.Fuel injectors with a nozzle body which, when the fuel injector is installed, protrudes downward into the combustion chamber of an internal combustion engine and is elongated in a longitudinal direction, are known from the prior art in a wide variety of designs.
Typischerweise ist der Düsenkörper eines derartigen Kraftstoffinjektors aus einem metallischen Material gebildet und weist einen mit Kraftstoff (z. B. Benzin oder Diesel, unter hohem Druck stehend) versorgbaren Innenraum und eine im eingebauten Zustand den Innenraum vom Brennraum trennende Wandung auf, in der mehrere jeweils die Wandung durchsetzende und an einer Außenoberfläche des Düsenkörpers mündende Spritzlöcher ausgebildet sind, um den Kraftstoff aus dem Innenraum über die Spritzlöcher in den Brennraum einspritzen zu können. Mittels eines im Innenraum lageveränderbar angeordneten Ventilelements, z. B. einer an einer Innenseite der Wandung geführten Ventilnadel, kann eine Kraftstoffdurchströmung der Spritzlöcher in Abhängigkeit von der aktuellen Lage des Ventilelements gesteuert werden.Typically, the nozzle body of such a fuel injector is made of a metallic material and has an interior that can be supplied with fuel (e.g. gasoline or diesel, under high pressure) and a wall that separates the interior from the combustion chamber when installed and in which several Injection holes penetrating the wall and opening onto an outer surface of the nozzle body are formed in order to be able to inject the fuel from the interior through the injection holes into the combustion chamber. By means of a variable position in the interior valve element, z. B. a valve needle guided on an inside of the wall, a fuel flow through the injection holes can be controlled depending on the current position of the valve element.
Bei Kraftstoffinjektoren der im Rahmen der Erfindung interessierenden Art ist das (wenigstens eine) Spritzloch in einem typischerweise insgesamt oder abschnittweise konisch (z. B. mit zwei Abschnitten verschiedenen Konuswinkels) formgestalteten Übergangsabschnitt des Düsenkörpers angeordnet, wobei sich dieser Übergangsabschnitt in Längsrichtung betrachtet zwischen einem (in Verwendungssituation oberen) zylindrischen Schaftabschnitt des Düsenkörpers und einer das brennraumseitige (in Verwendungssituation untere) Ende des Düsenkörpers darstellenden Düsenkuppe erstreckt.In the case of fuel injectors of the type of interest in the context of the invention, the (at least one) spray hole is arranged in a transition section of the nozzle body which is typically conically shaped as a whole or in sections (e.g. with two sections of different cone angles), this transition section, viewed in the longitudinal direction, between In the usage situation, the upper cylindrical shaft section of the nozzle body and a nozzle tip representing the end of the nozzle body on the combustion chamber side (lower in the usage situation).
Insbesondere vor dem Hintergrund eines wünschenswert möglichst hohen Wirkungsgrades der betreffenden Brennkraftmaschine bei gleichzeitig möglichst niedriger Emission von Schadstoffen im Abgas bedarf es einer präzisen Festlegung der Geometrie bzw. des Öffnungsquerschnitts jedes der in der Wandung des Düsenkörpers ausgebildeten Spritzlöcher.Particularly against the background of a desirably high efficiency of the internal combustion engine in question with at the same time the lowest possible emission of pollutants in the exhaust gas, a precise definition of the geometry or the opening cross section of each of the spray holes formed in the wall of the nozzle body is required.
Wenngleich im Rahmen der Herstellung des Kraftstoffinjektors bzw. der Herstellung des Düsenkörpers die Spritzlöcher relativ unproblematisch mit entsprechend geringen Fertigungstoleranzen ausgebildet werden können, so hat sich in der Praxis herausgestellt, dass sich nach einiger Zeit eines Brennkraftmaschinenbetriebs die Geometrie der Spritzlöcher aufgrund von Korrosionsvorgängen an den die Spritzlöcher begrenzenden Oberflächen verändern kann.Although the injection holes can be formed relatively unproblematically with correspondingly small manufacturing tolerances in the context of the manufacture of the fuel injector or the manufacture of the nozzle body, it has been found in practice that after some time the internal combustion engine has been in operation, the geometry of the injection holes changes due to corrosion processes on the Spray holes delimiting surfaces can change.
Infolge der dadurch bewirkten Veränderung der Durchströmungscharakteristik der Spritzlöcher kommt es nachteiligerweise zu einer unkontrollierten Veränderung insbesondere z. B. der für die einzelnen Einspritzvorgänge vorgesehenen Einspritzmengen.As a result of the resulting change in the flow characteristics of the spray holes, there is disadvantageously an uncontrolled change in particular z. B. the injection quantities provided for the individual injection processes.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einem Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine auch über längere Betriebszeiten der Brennkraftmaschine möglichst konstante Eigenschaften der einzelnen Einspritzvorgänge (z. B. Einspritzmengen und/oder Sprayeigenschaften) zu gewährleisten.It is an object of the present invention to ensure that properties of the individual injection processes (e.g. injection quantities and / or spray properties) are as constant as possible when fuel is injected into a combustion chamber of an internal combustion engine, even over longer operating times of the internal combustion engine.
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Kraftstoffinjektor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Außenoberfläche des Düsenkörpers mit einer bezüglich des Spritzloches zum Schaftabschnitt hin versetzt angeordneten (wenigstens einen) Abtropfkante versehen ist.According to a first aspect of the invention, this object is achieved in a fuel injector of the type mentioned at the outset in that the outer surface of the nozzle body is provided with a (at least one) drip edge offset with respect to the spray hole towards the shaft section.
Eine mögliche Erklärung für die Korrosion an den Spritzlöchern von bekannten Kraftstoffinjektoren besteht darin, dass z. B. vor allem bei einem Start und im Warmlauf der Brennkraftmaschine Wasser, das in der dem Brennraum zugeführten Verbrennungsluft gelöst ist, an den noch kalten Brennraumwänden (einschließlich Außenoberfläche des Düsenkörpers) kondensiert und somit Korrosion an den betreffenden Stellen fördert. Bei Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung ist derartiges Kondenswasser sauer, was die Korrosion zusätzlich katalysiert.A possible explanation for the corrosion on the spray holes of known fuel injectors is that, for. B. Especially when starting and warming up the internal combustion engine, water that is dissolved in the combustion air supplied to the combustion chamber condenses on the still cold combustion chamber walls (including the outer surface of the nozzle body) and thus promotes corrosion at the relevant points. In internal combustion engines with exhaust gas recirculation, such condensation water is acidic, which also catalyzes the corrosion.
Auch kann vermutet werden, dass sich durch thermophoretische Effekte z. B. in einem kalten Spalt zwischen dem Schaftabschnitt des Düsenkörpers und einer benachbarten Begrenzungswand des Brennraums (z. B. in einem Zylinderkopf) Kondenswasser absetzt und nach und nach über Wachstum in diesem Spalt größere Tröpfchen bildet, die dann irgendwann z. B. gravimetrisch getrieben nach unten wandern und infolge ihrer Oberflächenspannung an der Außenoberfläche des Düsenkörpers und insbesondere auch z. B. im Bereich von Mündungen der im Übergangsbereich angeordneten Spritzlöcher anhaften können.It can also be assumed that thermophoretic effects such. B. in a cold gap between the shaft portion of the nozzle body and an adjacent boundary wall of the combustion chamber (z. B. in a cylinder head) condensation settles and gradually forms larger droplets over growth in this gap, which then at some point z. B. gravimetrically driven down and due to their surface tension on the outer surface of the nozzle body and in particular also z. B. can adhere in the area of mouths of the spray holes arranged in the transition area.
Wenn derartige Wassertröpfchen für längere Zeit an Spritzlochmündungen oder in den Spritzlöchern verweilen, kann dies zu Korrosion und damit zur Veränderung der Spritzlochform führen.If such water droplets stay at the mouth of the spray hole or in the spray holes for a long time, this can lead to corrosion and thus to a change in the shape of the spray hole.
Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen (wenigstens einen) Abtropfkante an der Außenoberfläche des Düsenkörpers, die bezüglich des (wenigstens einen) Spritzloches zum Schaftabschnitt hin, und somit in Verwendungssituation „nach oben hin“, versetzt angeordnet ist, kann jedoch vorteilhaft vermieden werden, dass vom Schaftabschnitt her („von oben“) kommend an der Außenoberfläche des Düsenkörpers herablaufende Wassertröpfchen das (wenigstens eine) Spritzloch erreichen und somit dort eine Korrosion hervorrufen.With the (at least one) drip edge provided according to the invention on the outer surface of the nozzle body, which is offset with respect to the (at least one) spray hole towards the shaft section and thus "upwards" in the usage situation, it can be advantageously avoided that the shaft section Water droplets running down the outer surface of the nozzle body (“from above”) reach the (at least one) spray hole and thus cause corrosion there.
Vielmehr bewirkt die Abtropfkante ein Abtropfen derartiger Wassertröpfchen in den Brennraum, bevor diese die Mündung des Spritzloches erreichen können. Als Abtropfkante im Sinne der Erfindung kann z. B. eine an der Außenoberfläche des Düsenkörpers etwa keilförmig abstehend formgestaltete Struktur mit nach außen (d. h. zur Umgebung des Düsenkörpers hin) sich (keilförmig) verjüngender Form vorgesehen sein, die dieses besagte Abtropfen (in der Verwendungssituation des Kraftstoffinjektors) z. B. zumindest dann bewirkt, wenn die Längsrichtung des Düsenkörpers im Wesentlichen in Vertikalrichtung (z. B. maximal 20° geneigt zur Vertikalrichtung) orientiert ist. Eine solche keilförmig abstehend formgestaltete Struktur kann sich hierbei z. B. auch am Mündungsrand einer an der Außenoberfläche des Düsenkörpers ausgebildeten Senkung oder Nut ergeben.Rather, the drip edge causes such water droplets to drip off into the combustion chamber before they can reach the mouth of the spray hole. As a drip edge for the purposes of the invention, for. B. on the outer surface of the nozzle body approximately wedge-shaped protruding shaped structure with outward (i.e. towards the surroundings of the nozzle body) tapering (wedge-shaped) shape, this said dripping (in the situation of use of the fuel injector) z. B. effected at least when the longitudinal direction of the nozzle body is oriented essentially in the vertical direction (e.g. inclined at most 20 ° to the vertical direction). Such a wedge-shaped protruding shaped structure can here, for. B. also result on the edge of the mouth of a recess or groove formed on the outer surface of the nozzle body.
Die Wirkung der erfindungsgemäß an der Außenoberfläche des Düsenkörpers vorgesehenen Abtropfkante beruht auf dem in vergleichbaren Situationen bekannten Zusammenspiel von Kohäsion (des Wassers), Adhäsion (des Wassers an der Außenoberfläche), und Gravitation.The effect of the drip edge provided according to the invention on the outer surface of the nozzle body is based on the interplay of cohesion (of the water), adhesion (of the water on the outer surface) and gravity, which is known in comparable situations.
Der Düsenkörper ist bevorzugt aus einem metallischen Material wie z. B. Stahl gebildet und die (wenigstens eine) Abtropfkante ist bevorzugt eine einstückig am Düsenkörper ausgebildete Kantenstruktur.The nozzle body is preferably made of a metallic material such as. B. formed steel and the (at least one) drip edge is preferably an integrally formed on the nozzle body edge structure.
Die Abtropfkante bzw. eine die Abtropfkante ausbildende z. B. keilförmige Struktur kann durch verschiedene geometrische Parameter charakterisiert werden, wobei nachfolgend auf drei derartige Parameter eingegangen wird.The drip edge or a drip edge forming z. B. wedge-shaped structure can be characterized by various geometric parameters, three such parameters are discussed below.
Ein erster Parameter, nachfolgend als „Kanteninnenwinkel“ bezeichnet, ist derjenige Winkel, den die beiden eine Keilform der Abtropfkante definierenden Ebenen auf der Innenseite betrachtet (d.h. innerhalb des Materials der Kantenstruktur bzw. des Düsenkörpers) einschließen.A first parameter, hereinafter referred to as the "inner edge angle", is the angle that the two planes defining a wedge shape of the drip edge enclose on the inside (i.e. within the material of the edge structure or the nozzle body).
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abtropfkante einen Kanteninnenwinkel von mindestens 5°, insbesondere mindestens 10°, und/oder maximal 140°, insbesondere maximal 120°, aufweist. Tendenziell begünstigt ein möglichst kleiner Kanteninnenwinkel den Abtropfvorgang.In one embodiment it is provided that the drip edge has an internal edge angle of at least 5 °, in particular at least 10 °, and / or a maximum of 140 °, in particular a maximum of 120 °. The smallest possible internal edge angle tends to favor the draining process.
Ein weiterer Parameter, nachfolgend auch als „Kantenneigungswinkel“ bezeichnet, ist die Neigung einer Winkelhalbierenden des Kanteninnenwinkels bezüglich der Längsrichtung des Düsenkörpers, wobei als die Winkelhalbierende des Kanteninnenwinkels diejenige Gerade bezeichnet wird, die orthogonal zu einer Verlaufsrichtung der Kante orientiert ist und in einer winkelhalbierenden Ebene zwischen den beiden die Abtropfkante definierenden Ebenen liegt.Another parameter, hereinafter also referred to as the "edge inclination angle", is the inclination of an angle bisector of the inner edge angle with respect to the longitudinal direction of the nozzle body, the bisector of the inner edge angle denoting the straight line that is oriented orthogonally to a direction in which the edge runs and in a plane bisecting the angle lies between the two planes defining the drip edge.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Winkelhalbierende des Kanteninnenwinkels der Abtropfkante in einem Winkel von maximal 70°, insbesondere maximal 60°, bezüglich der Längsrichtung geneigt ist. Mit anderen Worten liegt der Kantenneigungswinkel dann im Bereich von 0 bis 70°, insbesondere 0 bis 60°. In einer Ausführungsform beträgt der Kantenneigungswinkel mindestens 20°. Tendenziell begünstigt ein möglichst kleiner Kantenneigungswinkel den Abtropfvorgang.In one embodiment it is provided that the bisector of the inner edge angle of the drip edge is inclined at an angle of a maximum of 70 °, in particular a maximum of 60 °, with respect to the longitudinal direction. In other words, the edge inclination angle is then in the range from 0 to 70 °, in particular from 0 to 60 °. In one embodiment, the edge inclination angle is at least 20 °. The smallest possible edge inclination tends to favor the draining process.
Ein weiterer Parameter, nachfolgend auch als „Kantenradius“ bezeichnet, ist ein in der Praxis gegebenenfalls an der Kante vorgesehener (definiert ausgebildeter) Radius (durch Abrundung und/oder Fasung der Kante).Another parameter, also referred to below as the “edge radius”, is a radius that may be provided (defined in a defined manner) in practice on the edge (by rounding and / or chamfering the edge).
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Radius (Kantenradius) der Abtropfkante maximal 100 µm, insbesondere maximal 10 µm, beträgt. Tendenziell begünstigt ein möglichst kleiner Kantenradius den Abtropfvorgang.In one embodiment it is provided that a radius (edge radius) of the drip edge is a maximum of 100 μm, in particular a maximum of 10 μm. The smallest possible edge radius tends to favor the draining process.
Abweichend davon kann der Kantenradius insbesondere im Falle eines relativ kleinen Kantenneigungswinkels (d.h. im Wesentlichen nach vertikal unten orientierter Kante, z. B. bei einem Kantenneigungswinkel von maximal 30°, oder z. B. maximal 20°) auch wesentlich größer gewählt werden, z. B. maximal 0,5 mm, insbesondere maximal 0,1 mm.Notwithstanding this, the edge radius can also be selected to be significantly larger, in particular in the case of a relatively small edge inclination angle (ie an edge oriented essentially vertically downwards, e.g. with an edge inclination angle of a maximum of 30 °, or e.g. a maximum of 20 °), e.g. . B. a maximum of 0.5 mm, in particular a maximum of 0.1 mm.
In Umfangsrichtung des Düsenkörpers betrachtet sollte eine Erstreckung der Abtropfkante eine Erstreckung des betreffenden Spritzloches vollständig überlappen, um zu vermeiden, dass ein vom Schaftbereich herkommendes Wassertröpfchen an der Abtropfkante vorbei und weiter bis hin zum Spritzloch gelangt.Viewed in the circumferential direction of the nozzle body, an extension of the drip edge should completely overlap an extension of the relevant spray hole in order to prevent a water droplet coming from the shaft area from passing the drip edge and on to the spray hole.
In einer Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass eine in Umfangsrichtung des Düsenkörpers betrachtete Erstreckung der Abtropfkante mindestens das 1,5-fache, insbesondere mindestens das 2-fache, einer in Umfangsrichtung des Düsenkörpers betrachteten Erstreckung einer Mündung des Spritzloches an der Außenoberfläche beträgt.In one embodiment it is therefore provided that an extension of the drip edge viewed in the circumferential direction of the nozzle body is at least 1.5 times, in particular at least 2 times, an extension of the mouth of the spray hole on the outer surface, viewed in the circumferential direction of the nozzle body.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abtropfkante ringförmig geschlossen durchgehend über den gesamten Umfang des Düsenkörpers verläuft.In one embodiment it is provided that the drip edge runs in a closed ring shape continuously over the entire circumference of the nozzle body.
Diese Ausführungsform ist insbesondere für den bevorzugten Fall sehr vorteilhaft, in dem der Düsenkörper mehrere jeweils dessen Wandung durchsetzende und an der Außenoberfläche des Düsenkörpers mündende Spritzlöcher aufweist, weil mit einer derart ringförmig geschlossen verlaufenden Abtropfkante sämtliche Spritzlöcher vor Wassertröpfchen geschützt werden können.This embodiment is particularly advantageous for the preferred case in which the nozzle body has several spray holes each penetrating its wall and opening onto the outer surface of the nozzle body, because all spray holes can be protected from water droplets with such an annularly closed drip edge.
In einer Ausführungsform weist der Düsenkörper mindestens vier, insbesondere mindestens sechs, und beispielsweise acht Spritzlöcher auf, die z. B. in einer gemeinsamen, zur Längsrichtung des Düsenkörpers orthogonalen Ebene und/oder z. B. winkeläquidistant über den Umfang des Düsenkörpers verteilt angeordnet sind.In one embodiment, the nozzle body has at least four, in particular at least six, and, for example, eight spray holes which, for. B. in a common, to the longitudinal direction of the nozzle body orthogonal plane and / or z. B. are arranged angularly equidistantly distributed over the circumference of the nozzle body.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abtropfkante in Umfangsrichtung des Düsenkörpers verläuft.In one embodiment it is provided that the drip edge runs in the circumferential direction of the nozzle body.
Im bevorzugten Fall einer, abgesehen von dem oder den Spritzlöchern, rotationssymmetrischen Form des Düsenkörpers oder zumindest von dessen Übergangsabschnitt bis hin zur Düsenkuppe, ist dies gleichbedeutend mit einem kreisringförmig geschlossenen Verlauf der Abtropfkante am Umfang des Düsenkörpers.In the preferred case of a rotationally symmetrical shape of the nozzle body, apart from the spray hole or holes, or at least from its transition section to the nozzle tip, this is equivalent to a circular, closed course of the drip edge on the circumference of the nozzle body.
Abweichend davon kommt jedoch auch in Betracht, dass die Abtropfkante, sei es eine ringförmig geschlossen durchgehend über den gesamten Umfang verlaufende Abtropfkante, oder aber z. B. eine einem bestimmten Spritzloch zugeordnete Abtropfkante, nicht oder zumindest nicht durchgehend in Umfangsrichtung des Düsenkörpers verläuft, sondern z. B. schräg zur Umfangsrichtung oder z. B. bogenförmig gekrümmt oder z. B. zickzackartig entlang des Umfanges etc.Notwithstanding this, however, it is also possible that the drip edge, be it an annularly closed drip edge running continuously over the entire circumference, or z. B. a drip edge associated with a specific spray hole, not or at least not continuously in the circumferential direction of the nozzle body, but z. B. obliquely to the circumferential direction or z. B. curved arcuately or z. B. zigzag along the circumference etc.
Mit derartigen Verläufen der Abtropfkante (nicht durchgehend in Umfangsrichtung des Düsenkörpers) sind z. B. Ausführungsformen der Erfindung realisierbar, bei denen ein vom Schaftabschnitt her an einer bestimmten Umfangsposition des Düsenkörpers herablaufendes Wassertröpfchen mittels der Abtropfkante in Umfangsrichtung zu einer anderen Umfangsposition hin abgelenkt bzw. geführt wird, die z. B. in Umfangsrichtung betrachtet zwischen zwei einander benachbarten Spritzlöchern liegt, so dass bereits aufgrund dieser Ablenkung das Wassertröpfchen keines der Spritzlöcher mehr erreichen kann (und in Umfangsrichtung betrachtet z. B. neben einem Spritzloch vorbeitropft).With such courses of the drip edge (not continuously in the circumferential direction of the nozzle body) z. B. Embodiments of the invention can be implemented in which a droplet of water running down from the shaft section at a certain circumferential position of the nozzle body is deflected or guided by means of the drip edge in the circumferential direction to another circumferential position, which z. B. viewed in the circumferential direction between two adjacent spray holes, so that due to this deflection the water droplet can no longer reach any of the spray holes (and seen in the circumferential direction e.g. drips past a spray hole).
Für die Anordnung der (wenigstens einen) Abtropfkante in Längsrichtung des Düsenkörpers betrachtet gibt es verschiedene Möglichkeiten.There are various possibilities for arranging the (at least one) drip edge when viewed in the longitudinal direction of the nozzle body.
In einer weniger bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abtropfkante im Bereich des Schaftabschnitts des Düsenkörpers ausgebildet ist. In der Praxis ist diese Anordnung oftmals ungünstig bzw. sogar ausgeschlossen, weil in Verwendungssituation des Kraftstoffinjektors oftmals nur ein sehr kleiner Spalt zwischen dem Schaftabschnitt des Düsenkörpers und einer benachbarten Oberfläche einer Brennraumbegrenzung (z. B. eines Zylinderkopfes) vorgesehen ist, so dass in Radialrichtung zu wenig Platz zur Ausbildung einer (radial vom Schaftabschnitt abstehenden) Abtropfkante verbleibt.In a less preferred embodiment it is provided that the drip edge is formed in the area of the shaft section of the nozzle body. In practice, this arrangement is often unfavorable or even impossible, because when the fuel injector is in use, there is often only a very small gap between the shaft section of the nozzle body and an adjacent surface of a combustion chamber delimitation (e.g. a cylinder head), so that in the radial direction too little space remains for the formation of a drip edge (protruding radially from the shaft section).
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abtropfkante am Übergang vom zylindrischen Schaftabschnitt zum Übergangsabschnitt ausgebildet ist.In one embodiment it is provided that the drip edge is formed at the transition from the cylindrical shaft section to the transition section.
Eine einfache Möglichkeit zur Realisierung dieser Ausführungsform besteht z. B. darin, den Düsenkörper mit einem relativ großen so genannten Düsenschulterwinkel vorzusehen. Als Düsenschulterwinkel wird der Öffnungswinkel eines dem zylindrischen Schaftabschnitt in Längsrichtung betrachtet in Richtung zur Düsenkuppe hin nachfolgenden konusförmigen Abschnitts des Übergangsabschnitts bezeichnet.A simple way of realizing this embodiment is, for. B. is to provide the nozzle body with a relatively large so-called nozzle shoulder angle. The nozzle shoulder angle is the opening angle of a conical section of the transition section following the cylindrical shaft section, viewed in the longitudinal direction, in the direction of the nozzle tip.
Zur Realisierung der Abtropfkante am Übergang vom Schaftabschnitt zum Übergangsabschnitt kann z. B. ein Düsenschulterwinkel von mindestens 165°, insbesondere mindestens 170°, vorgesehen sein. Andererseits kann der Düsenschulterwinkel hierbei z. B. weniger als 180° betragen.To realize the drip edge at the transition from the shaft section to the transition section can, for. B. a nozzle shoulder angle of at least 165 °, in particular at least 170 °, can be provided. On the other hand, the nozzle shoulder angle can here, for. B. be less than 180 °.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abtropfkante innerhalb des Übergangsabschnitts ausgebildet ist, insbesondere z. B. in einem mittleren Bereich des Übergangsabschnitts.In one embodiment it is provided that the drip edge is formed within the transition section, in particular z. B. in a central area of the transition section.
Insbesondere bei dieser Ausführungsform kann z. B. vorgesehen sein, dass zumindest ein in Längsrichtung betrachtet zwischen dem zylindrischen Schaftabschnitt und dem Spritzloch befindlicher Bereich des Übergangsabschnitts wenigstens annähernd konusförmig (zur Düsenkuppe hin sich verjüngend) formgestaltet ist, z. B. mit einem Düsenschulterwinkel von mindestens 100°, insbesondere mindestens 140°, und/oder maximal 180°, insbesondere maximal 170°.In particular in this embodiment, for. B. be provided that at least one in the longitudinal direction between the cylindrical shaft portion and the spray hole located area of the transition portion is at least approximately conical (tapering towards the nozzle tip) is shaped, for. B. with a nozzle shoulder angle of at least 100 °, in particular at least 140 °, and / or a maximum of 180 °, in particular a maximum of 170 °.
Bei dieser Ausführungsform kann z. B. vorgesehen sein, dass die Abtropfkante einen in diesem Bereich (in Längsrichtung betrachtet zwischen Schaftabschnitt und Spritzloch) ausgebildeten keilförmigen Vorsprung darstellt.In this embodiment, for. B. be provided that the drip edge in this area (viewed in the longitudinal direction between Shank section and spray hole) represents formed wedge-shaped projection.
Alternativ oder zusätzlich kann bei dieser Ausführungsform jedoch z. B. auch vorgesehen sein, dass die Abtropfkante mittels einer in diesem Bereich (Übergangsabschnitt) ausgebildeten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut, insbesondere einer ringförmig geschlossen durchgehend über den gesamten Umfang des Übergangsabschnitts des Düsenkörpers verlaufenden Nut, gebildet ist. Die radial äußere der beiden durch die Nut an der Außenoberfläche des Düsenkörpers geschaffenen Kanten kann hierbei als die Abtropfkante wirken. Alternatively or additionally, however, in this embodiment, for. B. also be provided that the drip edge is formed by means of a circumferentially extending groove formed in this area (transition section), in particular an annularly closed groove running continuously over the entire circumference of the transition section of the nozzle body. The radially outer of the two edges created by the groove on the outer surface of the nozzle body can act as the drip edge.
Insbesondere bei gängigen Düsenschulterwinkeln (z. B. im Bereich von 130° bis 150°) kann eine solche Wirkung als Abtropfkante insbesondere vorteilhaft selbst dann erzielt werden, wenn diese (radial äußere) Kante einen relativ großen Kanteninnenwinkel (z. B. größer als 80°, oder z. B. größer als 100°) besitzt. Die Nut kann im Querschnitt betrachtet z. B. wenigstens annähernd halbkreisförmig oder z. B. wenigstens annähernd rechteckig ausgebildet sein.In particular with common nozzle shoulder angles (e.g. in the range from 130 ° to 150 °), such an effect as a drip edge can be achieved particularly advantageously even if this (radially outer) edge has a relatively large inner edge angle (e.g. greater than 80 °, or e.g. greater than 100 °). The groove can be viewed in cross section, for. B. at least approximately semicircular or z. B. be at least approximately rectangular.
Falls die Abtropfkante innerhalb eines von einer Düsenschulter gebildeten konischen Bereichs des Übergangsabschnitts ausgebildet ist und einen keilförmigen Vorsprung darstellt, so ist die radial äußere (in Längsrichtung obere) von zwei die Abtropfkante bildenden Keilflächen gegenüber der Längsrichtung bevorzugt um maximal 20°, insbesondere um maximal 10° geneigt, und ist die radial innere (in Längsrichtung untere) dieser beiden Keilflächen gegenüber der Längsrichtung bevorzugt um mindestens 70°, insbesondere um mindestens 80° geneigt.If the drip edge is formed within a conical area of the transition section formed by a nozzle shoulder and represents a wedge-shaped projection, then the radially outer (in the longitudinal direction upper) of two wedge surfaces forming the drip edge is preferably by a maximum of 20 °, in particular by a maximum of 10, compared to the longitudinal direction °, and the radially inner (lower in the longitudinal direction) of these two wedge surfaces is preferably inclined by at least 70 °, in particular by at least 80 °, relative to the longitudinal direction.
Die Spritzlöcher in der Wandung des Düsenkörpers von Kraftstoffinjektoren der hier interessierenden Art besitzen in der Regel entweder eine zylindrische Form, d. h. über die jeweilige Spritzlochlänge betrachtet einen einheitlichen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt, oder eine konische Form, bei der sich der Öffnungsquerschnitt zur Außenseite (Brennraum) hin verkleinert. Ein Durchmesser jedes Spritzloches liegt in einer typischen Größenordnung von etwa 100 µm. Diese Formgestaltung und Dimensionierung ist auch für das bzw. die Spritzlöcher des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors zweckmäßig, wobei deren Durchmesser (bzw. mittlerer Durchmesser im Falle eines konischen Spritzlochs) z. B. mindestens 30 µm und z. B. maximal 200 µm betragen kann.The injection holes in the wall of the nozzle body of fuel injectors of the type of interest here generally have either a cylindrical shape, i.e. a cylindrical shape. H. A uniform circular opening cross-section, or a conical shape, in which the opening cross-section decreases towards the outside (combustion chamber) when viewed over the respective spray hole length. A diameter of each spray hole is in the typical order of magnitude of about 100 μm. This shape and dimensioning is also useful for the injection hole or holes of the fuel injector according to the invention, the diameter of which (or mean diameter in the case of a conical injection hole) being e.g. B. at least 30 microns and z. B. can be a maximum of 200 microns.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Spritzloch an der Außenoberfläche des Düsenkörpers mit einer Senkung versehen ist und die Abtropfkante durch eine Mündungskante der Senkung gebildet ist.In one embodiment it is provided that the spray hole is provided with a depression on the outer surface of the nozzle body and the drip edge is formed by a mouth edge of the depression.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft ohne große Designänderung hinsichtlich der Formgestaltung des Düsenkörpers realisierbar. Die Modifikation ist vielmehr lediglich lokal am Spritzloch bzw. den betreffenden Spritzlöchern ausreichend.This embodiment can advantageously be implemented without a major design change in terms of the shape of the nozzle body. Rather, the modification is sufficient only locally on the injection hole or the relevant injection holes.
Die Senkung kann z. B. eine zylindrische Form (z. B. koaxial zum Spritzloch) besitzen. Die Tiefe der Senkung beträgt bevorzugt mindestens 50 µm, insbesondere mindestens 100 µm. Andererseits genügt zumeist eine Tiefe von maximal 500 µm, insbesondere maximal 400 µm. Die maximale Querabmessung (z. B. Durchmesser im Falle einer zylindrischen Senkung) beträgt bevorzugt mindestens das 1,5-fache, insbesondere mindestens das 2-fache, und/oder maximal das 5-fache, insbesondere maximal das 4-fache, eines Durchmessers des Spritzloches (bzw. bei konischem Spritzloch des Durchmessers an der außenseitigen Mündung des Spritzloches).The lowering can z. B. have a cylindrical shape (z. B. coaxial to the spray hole). The depth of the depression is preferably at least 50 μm, in particular at least 100 μm. On the other hand, a maximum depth of 500 μm, in particular a maximum of 400 μm, is usually sufficient. The maximum transverse dimension (e.g. diameter in the case of a cylindrical countersink) is preferably at least 1.5 times, in particular at least 2 times, and / or at most 5 times, in particular at most 4 times, a diameter of the spray hole (or, in the case of a conical spray hole, the diameter at the outside mouth of the spray hole).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Spritzlöcher an der Außenoberfläche des Düsenkörpers über den Umfang des Düsenkörpers verteilt (und/oder über die Länge des Übergangsabschnitts verteilt) angeordnet.In a preferred embodiment of the invention, a plurality of spray holes are arranged on the outer surface of the nozzle body, distributed over the circumference of the nozzle body (and / or distributed over the length of the transition section).
Insbesondere in diesem Fall kann gemäß einer Ausführungsform z. B. eine ringförmig geschlossen über den gesamten Umfang des Düsenkörpers verlaufende Nut sehr vorteilhaft sein, an deren Grund die Spritzlöcher münden, wobei eine (für alle Spritzlöcher gemeinsam genutzte) Abtropfkante dann durch eine (in Längsrichtung betrachtet obere bzw. in Radialrichtung betrachtet äußere) Mündungskante der Nut gebildet ist.In particular in this case, according to one embodiment, for. B. a ring-shaped closed groove running over the entire circumference of the nozzle body, at the bottom of which the spray holes open out, with a drip edge (shared for all spray holes) then through a (viewed in the longitudinal direction upper or in the radial direction outer) mouth edge the groove is formed.
Alternativ oder zusätzlich kann bei der Erfindung z. B. eine an einer bezüglich der Spritzlöcher in Längsrichtung betrachtet in Richtung zum Schaftabschnitt (d. h. nach oben) hin versetzten Stelle ringförmig geschlossen über den gesamten Umfang des Düsenkörpers verlaufende Nut vorgesehen sein. Auch damit kann vorteilhaft eine für alle Spritzlöcher gemeinsam genutzte Abtropfkante realisiert werden, die in diesem Fall durch eine Mündungskante der Nut gebildet ist.Alternatively or additionally, in the invention, for. For example, a groove can be provided which extends in an annularly closed manner over the entire circumference of the nozzle body at a point which is offset in relation to the spray holes in the longitudinal direction towards the shaft section (i.e. upwards). In this way, too, a drip edge which is used jointly for all spray holes can advantageously be implemented, which in this case is formed by an opening edge of the groove.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die einen Brennraum und einen Kraftstoffinjektor der hier beschriebenen Art zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum aufweist.According to a further aspect of the invention, an internal combustion engine is proposed which has a combustion chamber and a fuel injector of the type described here for injecting fuel into the combustion chamber.
In einer Ausführungsform der Brennkraftmaschine besitzt ein Spalt zwischen dem zylindrischen Schaftabschnitt des Düsenkörpers des Kraftstoffinjektors und einer benachbarten zylindrischen Begrenzungswand des Brennraums eine Breite von mindestens 0,5 mm (z. B. im Bereich von 0,5 bis 1,0 mm liegend). Damit können in diesem Spalt relativ große und somit schwerere Wassertröpfchen entstehen, die an der Abtropfkante des Kraftstoffinjektors besonders zuverlässig zum Abtropfen gebracht werden können. Insbesondere kann hierbei z. B. die oben bereits erwähnte Ausführungsform vorgesehen sein, bei der die Abtropfkante am Übergang vom zylindrischen Schaftabschnitt zum Übergangsabschnitt ausgebildet ist.In one embodiment of the internal combustion engine, a gap between the cylindrical shaft section of the nozzle body of the fuel injector and an adjacent cylindrical boundary wall of the combustion chamber has a width of at least 0.5 mm (e.g. in the range from 0.5 to 1.0 mm). So that in this gap Relatively large and therefore heavier water droplets are produced, which can be brought to drip off particularly reliably on the drip edge of the fuel injector. In particular, z. B. the above-mentioned embodiment can be provided in which the drip edge is formed at the transition from the cylindrical shaft portion to the transition portion.
Zusammenfassend kann mit der Erfindung bei Kraftstoffinjektoren und damit ausgestatteten Brennkraftmaschinen durch relativ einfache und kostengünstige Maßnahmen betreffend das geometrische Design des Düsenkörpers eine Spritzlochkorrosion vermieden werden. Insbesondere kann durch eine gezielte Designänderung mit Ausbildung (wenigstens) einer mehr oder weniger „scharfen Kante“ ein vorteilhafter Abtropfvorgang von durch Kondensation entstandenen Wassertröpfchen erzielt werden.In summary, with the invention in fuel injectors and internal combustion engines equipped with them, spray hole corrosion can be avoided by relatively simple and inexpensive measures relating to the geometric design of the nozzle body. In particular, through a targeted design change with the formation of (at least) one more or less “sharp edge”, an advantageous dripping process of water droplets formed by condensation can be achieved.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen jeweils schematisch dar:
-
1 eine Schnittansicht eines Düsenkörpers eines Kraftstoffinjektors gemäß eines herkömmlichen Ausführungsbeispiels, -
2 eine Schnittansicht eines unteren Endes eines Düsenkörpers eines Kraftstoffinjektors gemäß eines Ausführungsbeispiels, -
3 eine Schnittansicht eines unteren Endes eines Düsenkörpers gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, -
4 eine Schnittansicht eines unteren Endes eines Düsenkörpers gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, -
5 eine Schnittansicht eines unteren Endes eines Düsenkörpers gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, und -
6 eine Schnittansicht eines unteren Endes eines Düsenkörpers gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
-
1 a sectional view of a nozzle body of a fuel injector according to a conventional embodiment, -
2 a sectional view of a lower end of a nozzle body of a fuel injector according to an embodiment, -
3 a sectional view of a lower end of a nozzle body according to a further embodiment, -
4th a sectional view of a lower end of a nozzle body according to a further embodiment, -
5 a sectional view of a lower end of a nozzle body according to a further embodiment, and -
6th a sectional view of a lower end of a nozzle body according to a further embodiment.
Der Düsenkörper
In der Wandung
Im dargestellten Beispiel sind insgesamt z. B. acht winkeläqudistant über den Umfang des Düsenkörpers
Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff (unter hohem Druck stehend) ausgehend von dem Innenraum
In
Bei einem Start der Brennkraftmaschine, im nachfolgenden Warmlauf, und auch eine gewisse Zeit nach dem Ende eines Betriebs der Brennkraftmaschine kann sich Kondenswasser an den Brennraumwänden niederschlagen, beispielsweise an einer Oberfläche
Falls sich hierbei auch größere Wassertröpfchen bilden, insbesondere z. B. in einem Spalt
Die Erfindung zielt darauf ab, derartige Korrosion und eine damit einhergehende Veränderung der Spritzlochformen im Laufe der Zeit zu vermeiden.The aim of the invention is to avoid such corrosion and an associated change in the spray hole shapes over time.
Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.In the following description of further exemplary embodiments, the same reference symbols are used for components with the same effect. Essentially, only the differences to the one or the already Embodiments described have been received and, for the rest, express reference is made to the description of previous embodiments.
Der in
In
Die Spritzlöcher
Die Spritzlöcher
Die Modifikation des Kraftstoffinjektors
Im Beispiel von
In Verwendungssituation überhalb der Abtropfkante
Im dargestellten Beispiel weist die Abtropfkante
Der Übergangsabschnitt
Allgemein als vorteilhaft hat sich bei dieser Ausführungsform (wie z. B. gemäß
Ein Winkel, um den die radial äußere (in Längsrichtung obere) der beiden die Abtropfkante
Ein Winkel, um den die radial innere (in Längsrichtung untere) der beiden die Abtropfkante
Im Beispiel von
Jede Abtropfkante
Im Beispiel von
Wie aus
Falls von oben her kommend herablaufende Wassertröpfchen in Umfangsrichtung betrachtet nennenswert versetzt zu diesem Scheitelpunkt die von der Mündungskante gebildete Abtropfkante
Unter letzterem Aspekt ist es vorteilhaft, wenn wie in
Die durch Ausbildung der Senkung entstandene Stufe im Bereich des Mündungsrandes der Senkung kann bei dieser Ausführungsform (wie z. B. gemäß
Im Unterschied zu dem Beispiel von
Dementsprechend verlaufen diese Abtropfkanten
Die mit Bezug auf
Diese Nut kann im Querschnitt betrachtet insbesondere z. B. wenigstens annähernd rechteckig formgestaltet sein. Die in
Ein Vorteil der Abwandlung besteht z. B. darin, dass mittels einer (radial äußeren) Mündungskante der Nut eine über den Umfang des Düsenkörpers
Im Unterschied zu dem Beispiel von
Wie aus
Im dargestellten Beispiel ist die Nut im Querschnitt betrachtet annähernd halbkreisförmig ausgebildet. Abweichend davon könnte auch eine z. B. annähernd rechteckig ausgebildete Nut vorgesehen sein.In the example shown, the groove is approximately semicircular when viewed in cross section. Notwithstanding this, a z. B. approximately rectangular groove can be provided.
Im Beispiel von
Im Unterschied zu den Beispielen gemäß der
Im Beispiel von
In diesem Fall ergibt sich ohne weitere formgestaltende Maßnahmen bereits die Abtropfkante
Die Wirkung dieses Übergangs als Abtropfkante
Eine derartige Fase (oder Abrundung) am Übergang zwischen dem Schaftabschnitt
In Aufbau und Wirkungsweise entspricht dieses Beispiel im Wesentlichen der Ausführung gemäß
Im Unterschied zu dem Beispiel von
Während im herkömmlichen Beispiel gemäß
In einem derart verbreiterten Spalt
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